مكونات وحدة الخلايا الشمسية ووظيفة كل جزء

الخلية الشمسية هي نوع من رقائق أشباه الموصلات الكهروضوئية التي تستخدم ضوء الشمس لتوليد الكهرباء مباشرةً، وتُعرف أيضاً باسم "الرقاقة الشمسية" أو "الخلية الضوئية". طالما توفرت لها ظروف إضاءة معينة، يمكنها إخراج جهد كهربائي وتوليد تيار كهربائي في حالة وجود دائرة مغلقة. الخلايا الشمسية هي أجهزة تحول الطاقة الضوئية مباشرةً إلى كهرباء من خلال التأثيرات الكهروضوئية أو الكيميائية الضوئية.

مكونات الخلية الشمسية ووظائف كل جزء منها:

1- الزجاج المقوى: يتمثل دوره في حماية الجزء الرئيسي من مولد الطاقة (مثل البطارية)، ويتطلب اختياره نفاذية ضوئية عالية: 1. يجب أن تكون نفاذية الضوء عالية (عادةً ما تزيد عن 91٪)؛ 2. معالجة التقوية فائقة البياض.

٢- مادة EVA: يُستخدم الزجاج المقوى الثابت في عملية الربط وتوصيل المكونات الرئيسية (مثل البطارية). تؤثر خصائص مادة EVA الشفافة بشكل مباشر على عمر المكونات، حيث يؤدي تعرضها للهواء إلى اصفرارها مع مرور الوقت، مما يؤثر على نفاذية الضوء، وبالتالي على جودة الطاقة. بالإضافة إلى جودة مادة EVA نفسها، فإن لعملية التغليف التي يتبعها مصنّع المكونات تأثير كبير، فمثلاً، إذا لم تكن درجة التصاق EVA مطابقة للمعايير، أو إذا لم تكن قوة الربط بين EVA والزجاج المقوى واللوحة الخلفية كافية، فسيؤدي ذلك إلى شيخوخة EVA المبكرة، مما يؤثر على عمر المكونات. تُستخدم مادة EVA بشكل أساسي في ربط المكونات الرئيسية، مثل جسم توليد الطاقة واللوحة الخلفية.

3. البطارية: دورها الرئيسي هو توليد الطاقة، وتُعدّ الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري والخلايا الشمسية الرقيقة من أكثر أنواع الخلايا الشمسية استخدامًا في هذا المجال، ولكل منهما مزايا وعيوب. تتميز الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري بانخفاض تكلفة المعدات وكفاءة التحويل الكهروضوئي العالية، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتوليد الطاقة تحت أشعة الشمس المباشرة، إلا أن استهلاكها للطاقة وتكلفتها مرتفعان للغاية. أما الخلايا الشمسية الرقيقة، فتتميز بانخفاض استهلاكها للطاقة وتكلفتها المنخفضة، كما أنها فعّالة جدًا في الإضاءة الخافتة، ويمكنها توليد الكهرباء حتى في الإضاءة العادية، إلا أن تكلفة المعدات مرتفعة نسبيًا، وكفاءة التحويل الكهروضوئي فيها أقل من نصف كفاءة الخلايا المصنوعة من السيليكون البلوري، كما هو الحال في الخلايا الشمسية المستخدمة في الآلات الحاسبة.

4- اللوحة الخلفية: الوظيفة، منع التسرب، العزل، مقاومة الماء (عادةً ما تكون المواد المستخدمة TPT وTPE وغيرها مقاومة للشيخوخة، ومعظم مصنعي المكونات يقدمون ضمانًا لمدة 25 عامًا، والزجاج المقسى وسبائك الألومنيوم لا يمثلان مشكلة بشكل عام، والمفتاح هو أن اللوحة الخلفية وهلام السيليكا يمكن أن تلبي المتطلبات).

5- أجزاء من رقائق الألومنيوم الواقية، تلعب دورًا معينًا في منع التسرب والدعم.

6- صندوق التوصيل: يحمي نظام توليد الطاقة بأكمله، ويؤدي دور محطة نقل التيار، وفي حالة حدوث قصر في الدائرة الكهربائية لأحد المكونات، يقوم صندوق التوصيل تلقائيًا بفصل سلسلة البطاريات بسبب قصر الدائرة، مما يمنع احتراق توصيلات النظام بأكمله، وأهم شيء في صندوق الأسلاك هو اختيار الصمام الثنائي، حيث يختلف الصمام الثنائي المقابل باختلاف نوع البطارية في المكون.

7- جل السيليكا: يُستخدم لعزل المكونات وإطارات سبائك الألومنيوم، وكذلك لعزل المكونات ووصلات صناديق التوصيل. تستخدم بعض الشركات شريطًا لاصقًا مزدوج الجوانب أو رغوة بديلة لجل السيليكا، الذي يُستخدم على نطاق واسع في الصين، حيث تتميز العملية بالبساطة والسهولة والتشغيل، فضلًا عن انخفاض التكلفة.